电脱盐污水模块化聚结除油中试研究

卢　浩，杨　强，刘　森，郭宏山，张　鹏，张广哲

（1.华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237；2.中石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001）

电脱盐污水模块化聚结除油中试研究

卢浩1，杨强1，刘森1，郭宏山2，张鹏2，张广哲2

（1.华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237；2.中石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001）

针对电脱盐污水含油特征，提出了分步分级模块化聚结除油的方法，并进行了中试试验。结果表明，该方法对入口含油质量浓度为150～3 550 mg/L的电脱盐污水的除油率达90%以上，净化水出口含油质量浓度稳定＜50 mg/L，表现出操作弹性大、快速高效及低压降的特点。该技术在电脱盐污水除油领域具有良好的适用性，为电脱盐污水除油处理提供了新的技术思路。

电脱盐污水；模块化聚结；除油

电脱盐装置是炼油厂不可或缺的装置之一，电脱盐装置的运行效果将在相当程度上影响炼油生产装置的长期、安全、稳定运行。原油电脱盐的作用是脱除原油中的无机盐和水，其方法是通过加入一定量的破乳剂和水，在一定温度下使盐溶解于水中，并在电场作用下使油水分离，从而达到原油脱盐、脱水的目的。衡量电脱盐效果的主要指标有原油脱后盐含量、水含量和污水中的油含量。随着国内外原油性质的劣化，对原油脱后盐含量和污水中油含量指标的控制也越来越困难。污水中的油含量高会对污水处理厂的气浮装置及其下游处理装置的正常运行产生严重冲击。近些年来，随着环保要求的提高，各炼油厂对电脱盐污水的处理都十分重视〔1-2〕。

电脱盐污水乳化带油严重，其油类以分散态和乳化态存在于污水中，传统的储罐、隔油池等重力分离法对乳化油几乎无分离作用，因此分离效果差、装置环保达标率低〔3〕；离心分离等由于高速旋转会造成二次乳化，也不适用于乳化油的分离〔4〕；精密过滤分离、聚结分离滤芯、膜分离等技术，由于耐冲击性能差、易堵塞、寿命短，不适用于较脏的电脱盐污水的除油〔5〕；絮凝、气浮等技术则不适用于含油波动大的场合，且存在投资大、需加药等缺点〔6-7〕。对此，笔者结合电脱盐污水的性质，提出对分散油、乳化油分步分级处理的模块化聚结除油方法。

某石化公司电脱盐装置由于其所处理的原料性质劣化、工艺操作条件变化、装置波动、反冲洗等原因，造成电脱盐污水含油浓度高、波动大，对气浮、生化等下游污水处理装置产生了严重的冲击。本研究针对其电脱盐污水处理工艺流程、污水性质和除油要求，采用分步分级模块化聚结除油的方法对电脱盐污水进行处理，设计了试验设备并进行了中试试验。

1　中试试验

1.1电脱盐污水性质

通过对该公司电脱盐污水性质的分析，发现其含有大量的乳化油和微小固体颗粒。由于微小油珠易被表面活性剂和疏水固体颗粒所包围形成稳定状态悬浮于水中，因此这种状态的油很难用重力分离法从污水中分离出来，这造成了其原有隔油池分离效率很低。中试进水直接从隔油池至调节罐之间的管道上接管分出，典型的进水水质见表1，所含油类成分分析见图1。

表1　典型进水水质

图1　进水含油成分分析

由测试结果可知，原料污水中油含量很高，且波动较大，时常高达2 000 mg/L以上，且所含油类以石油类为主，烷烃、环烷烃和芳香烃共占总量的96%，因此主要考虑对石油类的去除效果。

1.2设备设计

根据电脱盐出水含油质量浓度要求小于200 mg/L的指标，本次试验的预期目标是：在设备入口污水含石油类质量浓度分别为1 000 mg/L以上和1 000 mg/L以内时，经过模块化聚结除油后出水含石油类质量浓度分别稳定小于200mg/L和150mg/L，消除由于电脱盐污水含油波动对后续污水处理带来的影响。

1.2.1模块化分离的设计

针对游离态、分散态、乳化态油分别构建3个模块进行分离：分散态油先通过表面粗粒化聚结内件进行聚结长大变成游离态，然后再经CPI（corrugated plate interceptor）技术快速沉降分离，乳化态油通过纤维聚结模块进行聚结长大至沉降分离。

粗粒化聚结模块：该模块类似于波纹板聚结填料，油水在上下错流流动过程中，细小油滴可以迅速富集到粗粒化模块的亲油性表面形成油膜，水中夹带的小油滴可以迅速与油膜结合，脱离后形成大油滴，实现了分散态向游离态油滴的转化。聚结床层所用材料应是表面亲油疏水的物质，油、固表面接触角应小于70°为宜，接触角越小，亲油润湿性能越好。图2为部分试验材料的润湿性。本试验设备该模块采用不锈钢材质。

图2　部分试验材料的润湿性

改性波纹强化沉降模块（CPI）：该模块采用表面改性的波纹折板，波纹板间距5～18 mm，正弦波式流动增加了油滴的碰撞几率，波峰处开升浮孔，油滴汇集在波峰顶点并层层上浮，此过程可分离出粒径30 μm以上的油滴。常使用的材料有聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、不锈钢等，其再经特殊的表面处理，有着很好的亲油疏水性，耐酸碱、耐高温，并且有较好的机械强度和使用寿命。本试验设备该模块采用改性的聚丙烯材质。

改性纤维深度分离模块：该模块可由尼龙、玻璃、PTFE或者金属丝按一定的比例，通过Ω形式进行编制而成〔8〕。其可以提供很大的比表面积，极大地提高了液相分离的纯净度，适用于20 μm以下油滴的分离过程。该模块所用纤维材料可在120℃以下长期稳定运行，其中亲油性纤维占亲水性纤维的5%～15%，床层孔隙率为79.8%～93.1%。该模块在实现深度除油的同时，保持了低压降，并极大地缓解了电脱盐装置冲洗时携带油泥对模块的污染或堵塞问题。本试验设备该模块采用改性尼龙纤维、PTFE纤维和不锈钢纤维编织而成，不锈钢纤维还具有骨架支撑的作用。

通过上述分步分级的方法可完成电脱盐污水的深度除油。

1.2.2成套设备的设计

因设备入口污水含油量较高，且波动较大，因此设计成2段分离。将分散油分离出后，首先由一级油包进行回收；乳化油经过改性纤维模块进行深度分离，然后由二级油包进行回收；同时还设置了入口分布器和整流板以稳定流态。成套设备结构示意见图3。

图3　　成套设备结构示意

1.3工艺流程

试验工艺流程如图4所示。

图4　模块化聚结除油工业侧线试验流程

该公司原处理流程：电脱盐污水首先进入集水池，通过集水池缓冲后由泵打入隔油池进行除油，除油后的污水进入调节罐静置，之后送入气浮处理。本试验的模块化聚结除油设备设置在隔油池之后进入调节罐之前。

1.4试验过程

按照现场中试试验要求，采用长周期试验以满足设备的稳定性测试要求。中试试验连续进行1个月，每天上下午各采样1组。根据改性纤维深度聚结模块的临界流速，通过入口和排水口阀门调节流量为2～2.5 m3/h，平均停留时间约为180 s，除油后的净化水连续外排，油定期从油包排放。

为避免采样后污油挂壁对后续测试分析造成影响，采用50 mL采样瓶采样，然后全部萃取。测试方法为红外分光光度法，先用四氯化碳萃取，然后经硅酸镁吸附后测得石油类含量〔9〕。

2　试验结果与讨论

2.1低含油量工况

图5为设备入口污水含油质量浓度＜650 mg/L的进出口油含量及油分离效率。

图5　低入口污水含油量下的测试结果

由图5可以看出，当设备入口污水含油质量浓度为150～650 mg/L时，出口净化污水含油质量浓度为8.6～39.9 mg/L，出口净化污水平均含油质量浓度为19.9 mg/L，油平均分离效率为93.4%。进出口压差约为5 kPa。

由于粗粒化聚结模块和改性波纹强化沉降模块对流动的阻力很小，其造成的压降几乎为零，可以忽略。压降由改性纤维深度分离模块产生，试验中所用的纤维床孔隙率为89.2%，且亲水性纤维占大多数，导致纤维床层饱和度较低，通透性很好。因此，装置压降很低，仅有5 kPa，对于生产过程来说，能耗较低，适用于大多数的污水除油过程。

2.2高含油量工况

图6为设备入口污水含油质量浓度＞1 000 mg/L的进出口油含量及油分离效率。

图6　高入口污水含油量下的测试结果

由图6可以看出，设备入口污水含油质量浓度为1 100～3 550 mg/L时，出口净化污水含油质量浓度为18～56.4 mg/L，出口净化污水平均含油质量浓度为30.4 mg/L，油平均分离效率为98.2%。进出口压差约为5 kPa。

导致高入口污水含油量下分离效率更高的因素可能有2个：一是当入口污水含油量高时，其所含分散油的比例较大，而分散油是可以完全分离的，因此效率更高；二是出口净化污水所含油中有相当一部分是由于出口污水中的固体颗粒携带而造成的，当入口污水含油量增高时，出口净化污水中的固体颗粒量并没有相应的增加，导致颗粒携带油相对减少，因此效率更高。

3　结论及展望

中试试验结果表明，该设备在较宽的操作弹性范围内表现出高的除油能力及低压降的特点。在试验流速下，其进出口压差约为5 kPa，平均停留时间约180 s；对入口含油质量浓度为150～3 550 mg/L的电脱盐污水的除油效率稳定达到90%以上，且油分离效率随着入口污水含油量的增大而增高；出口净化污水含油质量浓度稳定小于50 mg/L，远远好于先期设计的出口净化污水含油质量浓度＜150 mg/L的设计指标。证明了该模块化除油技术在电脱盐污水除油方面的良好适用性，同时该技术也可以拓展应用到炼油生产装置内污水处理过程。

同时可以看出，传统的隔油池分离效率低，已不能满足目前污水处理的要求，建议在目前污水处理厂的现状下，增加高效快速的污水除油设施，以保障气浮除油的稳定性。鉴于该试验过程在入口污水高含油的条件下，出口净化污水含油质量浓度稳定小于50 mg/L的除油效果，建议应对该技术进行优化设计及试验，以期实现取代一级气浮除油设施，进而降低污水处理厂的操作维护成本。

［1］李长江，王振波.旋流分离技术在原油电脱盐装置污水处理中的应用［J］.炼油技术与工程，2008，38（2）：43-45.

［2］Pak A，Mohammadi T.Wastewater treatment of desalting units［J］. Desalination，2008，222（1）：249-254.

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［7］张博，王建华，吴庆涛，等.现代油水分离技术与原理［J］.过滤与分离，2014，24（2）：39-46.

［8］杨强，许萧，卢浩，等.一种适用于油水深度分离的Ω型纤维编织方法：中国，201410211201.6［P］.2014-07-30.

［9］HJ 58637—2012水质 石油类和动植物油的测定 红外分光光度法［S］.

Pilot scale study on the treatment of electric desalting wastewater by modularized coalescer

Lu Hao1，Yang Qiang1，Liu Sen1，Guo Hongshan2，Zhang Peng2，Zhang Guangzhe2
（1.School of Mechanical and Power Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China；2.Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals，SINOPEC，Fushun 113001，China）

Aiming at the characteristic that the electric desalting wastewater contains oil，a new method for removing oil by modularized coalescence based on classification step by step has been proposed，and pilot scale tests accompished.The results show that by this method，the oil removing rate of the electric desalting wastewater，whose oil mass concentration ranges from150 mg/L to 3 550 mg/L at the inlet，can be higher than 90%，and the oil mass concentraion of the purified water at the outlet keeps at less than 50 mg/L stably，showing characteristics of high operation elasticity，rapid and high efficiency and low pressure drop.Therefore，this process has very good applicability in the oil removing field of electric desalting wastewater，providing a new concept for the treatment of electric desalting wastewater.

electric desalting wastewater；modularized coalescer；oil removing

X703

A

1005-829X（2016）02-0036-04

水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07210-001）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（222201313001）

卢浩（1990—），在读博士研究生。电话：021-64251894，E-mail：luhao9899@163.com。通讯联系人：杨强，电话：021-64252748，E-mail：qyang@ecust.edu.cn。

2015-10-26（修改稿）